Des réussites techniques et communautaires inspirantes
Faire fonctionner un réseau électrique n’est pas simple et les réseaux de petite taille, comme les microréseaux intelligents, présentent des défis supplémentaires. Le grand enjeu est d’assurer l’équilibre entre l’offre et la demande et de s’assurer que la tension (en volts) et la fréquence (en hertz) soient constantes.
Ce phénomène est contrôlé de manière très serrée par les fournisseurs d’électricité car une variation trop importante peut endommager, voire griller l’équipement électrique du réseau et même de ses clients.
S’il y a une augmentation rapide de la demande, par exemple, on va lancer une turbine de plus pour couvrir la différence. Mais, si la différence est petite, elle est gérée de manière différente. Les réseaux électriques traditionnels reposent sur de grandes turbines rotatives qui stockent l’énergie sous forme d’énergie cinétique. S’il manque un peu de courant, la rotation de la turbine va légèrement ralentir et un peu de son énergie cinétique sera transformée en électricité. S’il y a trop de courant ce sera l’inverse et la machine va accélérer.
Ce système de contrôle de la tension et de la fréquence par le jeu de l’inertie et de la variation de la vitesse de rotation fonctionne très bien dans les grands réseaux, où il y a un grand nombre de machines très puissantes et très lourdes. Les petits réseaux ne disposent pas d’un assez grand nombre de machines massives, ce qui peut rendre le contrôle plus difficile. Et quand on y ajoute des éoliennes qui ont peu de masse et des panneaux solaires qui n’en ont pas du tout, on doit trouver d’autres moyens pour maintenir un équilibre parfait entre l’offre et la demande.
Comment stabilise-t-on les petits réseaux et l’énergie renouvelable dans de telles conditions? La solution qui s’impose de plus en plus à travers le monde consiste à utiliser une batterie de forte puissance comme tampon. Elle va d’un côté recevoir l’électricité de sources diverses, comme des panneaux solaires et des éoliennes. De l’autre côté, elle va envoyer l’électricité vers un onduleur qui détecte le manque ou le surplus d’électricité dans le réseau et qui injecte ou retient la quantité nécessaire de courant selon le cas. On les appelle des onduleurs formateurs de réseau.
La stabilité fournie par ces onduleurs est souvent qualifiée d’inertie artificielle, parce qu’elle remplace la masse de métal des machines rotatives. Toutefois, le concept est relativement nouveau et les ingénieurs ne sont pas tous formés à le mettre en œuvre.
Les exemples de microréseaux intelligents que nous vous présentons ici sont donc inspirants à plus d’un titre. D’une part, ils ont résolu le problème du manque d’inertie naturelle et du contrôle de la stabilité du courant électrique sur des réseaux de petite taille et d’autre part, ils se sont dotés de systèmes de gouvernance communautaire qui ont fait leurs preuves. C’est pour ce savoir-faire qu’ils méritent notre admiration.
La gestion d'une production variable
Un autre défi découle du fait que les panneaux solaires et les éoliennes ont une production variable qui dépend du soleil et du vent. Ils produisent parfois trop pour la demande ou parfois pas assez.
Les batteries offrent alors une solution efficace. Ils peuvent accumuler les surplus pendant les heures fastes et les libérer pendant les heures où la production est faible et où la demande est élevée, comme en soirée. Cette injection de courant est contrôlée par un onduleur, de sorte que les batteries constituent une réserve d’inertie artificielle.
Une formule éprouvée consiste à recharger les batteries pendant le jour quand la production solaire est élevée, puis à les décharger aux heures de pointe de la soirée et du matin suivant. Si c’est insuffisant, il faut alors faire appel aux ressources du grand réseau ou se résoudre, le moins souvent possible, à utiliser des génératrices au gaz ou au diesel.
Les heures de pointe, souvent reliées aux périodes de froid intense en hiver, sont un moment difficile à passer. La demande en électricité est forte, la production est insuffisante et les batteries ne suffisent pas à combler le déficit. La solution consiste alors à faire appel à la gestion de la demande. Il s’agit d’inviter les clients à réduire leur consommation, souvent en imposant des tarifs plus élevés. On réduit alors la demande dans les paramètres de ce que le réseau peut fournir, ce qui évite les crises.
Quelques exemples internationaux de microréseaux intelligents
Il existe dans le monde de nombreux exemples d’expériences illustrant comment une gestion locale et intelligente de l’énergie, fondée sur la production distribuée et le stockage, peut assurer la sécurité d’approvisionnement, réduire les émissions et renforcer le tissu social — autant d’enseignements précieux pour le développement de microréseaux communautaires sur la Côte-Nord et ailleurs au Québec.
L’île d’Eigg (Écosse)
L’île d’Eigg, compte un peu moins de 110 habitants et constitue l’un des modèles les plus avancés d’autonomie énergétique communautaire. Depuis 2008, elle n’est plus dépendante du diesel, hormis deux génératrices d’appoint utilisées en cas d’urgence. Le microréseau renouvelable, détenu par la communauté, combine environ 112 kW d’hydroélectricité, 24 kW d’éolien (quatre éoliennes de 6 kW) et une capacité solaire en expansion, aujourd’hui estimée à plus de 50 kW. Ces quantités sont modestes, mais couvrent les besoins de cette très petite communauté.
Ces équipements de puissance très réduite sont soutenus par des batteries et des systèmes de stabilisation permettant un approvisionnement constant. La gestion de la demande est au cœur du modèle et aide à éviter de surcharger le réseau : chaque foyer est limité à 5 kW et chaque entreprise à 10 kW, ce qui évite les surcharges dans un réseau isolé de petite capacité. Un système de feux (vert-jaune-rouge) signale en temps réel la disponibilité de l’électricité, invitant les résidents à ajuster leur consommation lorsque les renouvelables produisent moins.
Les retombées sont majeures : amélioration de la fiabilité électrique, élimination de la dépendance au diesel, réduction des coûts et relance du tourisme local. Eigg montre qu’un microréseau communautaire intégrant plusieurs petites sources et une gouvernance locale forte peut assurer une autonomie énergétique durable à l’échelle d’un petit territoire. C’est un exemple inspirant pour les petites communautés isolées du Québec ou pour des sites comme les pourvoiries.
L’île de Kodiak (Alaska, États-Unis)
Confrontés à des coûts élevés de carburant diesel, les 13 000 habitants de Kodiak, en Alaska, ont entrepris de transformer complètement leur système de production électrique. La Kodiak Electric Association (KEA), une coopérative regroupant environ 6 000 abonnés, gère un réseau fonctionnant en autonomie totale. En combinant de l’hydroélectricité, de l’éolien et du stockage, l’île de Kodiak répond aujourd’hui à 99 % de ses besoins électriques avec des sources renouvelables.
Le système repose largement sur la centrale hydroélectrique de Terror Lake, d’une puissance d’environ 30 MW, ce qui est plutôt important. Il peut également compter sur le parc éolien de Pillar Mountain, dont les six turbines ont une puissance combinée d’environ 9 MW. Mais l’élément déterminant demeure le stockage, sous la forme d’un parc de batteries d’environ 3 MW/2 MWh, combiné à des volants d’inertie stockant 2 MW de puissance sous forme d’énergie cinétique.
La masse de la turbine hydroélectrique vient s’ajouter à l’inertie synthétique fournie par les batteries et les onduleurs. Un système de contrôle numérique avancé ajuste en continu la fréquence et la tension, assurant une fiabilité exemplaire tout en éliminant presque entièrement l’usage du diesel. L’exemple de Kodiak montre comment un mix varié peut assurer l’approvisionnement électrique du réseau. Il montre aussi qu’une coopérative est une structure capable d’assumer ce genre de défi.
Le village de Yackandandah (Australie)
Ce village australien de 2000 habitants, situé dans l’État de Victoria, s’est fixé l’objectif ambitieux d’atteindre 100% d’énergie renouvelable locale dès 2024. Le projet repose sur un microréseau combinant plusieurs technologies. Les deux tiers des foyers sont équipés de panneaux photovoltaïques sur toit dont la capacité totale est d’environ 4 MW. Deux batteries communautaires d’une capacité combinée de 160 kW/474 kWh (soit trois heures d’électricité à plein débit) stockent les surplus et soutiennent l’alimentation en période de pointe.
Le projet est porté par l’organisation communautaire Totally Renewable Yackandandah, une association sans but lucratif gérée par des bénévoles. L’implication citoyenne a permis de réduire les coûts et de renforcer le consensus social autour de la transition énergétique. L’objectif global est de créer une «communauté énergétique intelligente» où les habitants réduisent progressivement leur dépendance au réseau national australien tout en contribuant à sa stabilité par un recours important aux batteries.
Une plateforme numérique gère en temps réel les flux énergétiques et optimise l’autoconsommation et l’utilisation des batteries. Les travaux de nature technique sont confiés à des firmes professionnelles. Bien qu’il produise une partie de son énergie, le village reste connecté au réseau national, vers lequel il exporte ses surplus occasionnels d’énergie solaire. L’exemple de Yackandandah montre comment un microréseau peut s’épanouir tout en restant intégré au réseau national et comment les deux structures se renforcent mutuellement à travers cette collaboration.
Philippe Gauthier
Philippe occupe le poste d'expert à la documentation et au contenu pour le projet microréseaux intelligents
